草地开垦对松嫩平原碳氮储量影响新进展|研究

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基于我国第二次土壤普查（1980s）与土系调查数据（2010s），宋效东副研究员等使用方差分析与数字土壤制图方法对近三十年来草地开垦对松嫩平原土壤有机碳/全氮储量的影响进行了分析。

文/宋效东

编辑/王安琪

来源：土壤时空公号（2018年9月27日）

土壤在全球碳循环和全球变暖中起着重要作用。“黑土”是我国东北地区的主要地带性土壤，属于中国土壤系统分类中的“均腐土”土纲。东北黑土地区土壤有机碳损失严重，以旱作方式下的土壤有机碳损失最为显著，但是部分学者通过实验证明大多数黑土有机碳含量已经达到相当稳定的平衡或开始回升。20世纪内松嫩平原草地大面积减少，农田面积从10%增至60%。自1940s起，草地面积持续减少，约62.6%的用地开垦为农田。已有大量研究表明草地开垦导致表层土壤有机碳/全氮含量逐年下降。然而，过去大量的研究主要聚焦于表层土壤的碳、氮变化，相对忽视了土壤表下层的演变。

（东北地区的土壤类型——中国土壤系统分类）

（东北地区的土壤类型——中国土壤发生分类）

基于我国第二次土壤普查（1980s）与土系调查数据（2010s），宋效东副研究员等使用方差分析与数字土壤制图方法对近三十年来草地开垦对松嫩平原土壤有机碳/全氮储量的影响进行了分析。草地开垦年限根据两期土壤数据的野外描述与历史土地利用图综合确定。结果表明：由草地新开垦的农田表层土壤有机碳密度和全氮密度显著低于草地（0-15cm、15-30cm），但是表下层的土壤有机碳密度和全氮密度显著高于1980年的草地，证明新开垦农田表层碳、氮显著下降，表下层显著上升。

基于构建的随机森林预测模型，证明了研究区土壤有机碳密度和全氮密度从南向北呈现上升趋势，约76%的区域呈现上升趋势，该区域三十年内一米土体的碳、氮分别增加了约24Tg、4Tg。新开垦农田表层碳、氮显著下降，表下层显著上升是由于开垦初期耕作破坏了土壤团聚体结构，加速土壤矿化作用。同时，耕作也加深了土壤A层，补偿了部分损失的碳、氮；犁底层接触到更多的作物残体，有机质的垂直迁移降低了矿化率。另外，近三十年来研究区各县市化肥施用量呈显著增加趋势，现代农作管理措施（如免少耕、生物炭、秸秆还田等）也是土壤有机碳、全氮与自然土壤相比含量增长的重要原因。由于两期土壤样点数据的数量有限，这一结论尚需要结合更多的历史土壤数据与其他的预测模型进一步检验。

研究成果近日发表于环境科学领域重要期刊Catena(DOI:10.1016/j.catena.2018.07.045)。该研究得到了国家重点研发计划（2017YFA0603002）、科技基础性工作专项（2008FY110600）、国家自然科学基金（41571130051和41771251）的资助。

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